资源简介

(共22张PPT)
新人教版 选择性必修一
第一章 动量守恒定律
第6节 反冲运动 火箭
你知道章鱼、乌贼是怎样游动的吗？它们先把水吸入体腔，然后用力压水，通过身体前面的孔将水喷出，使身体很快地运动。章鱼能够调整喷水的方向，这样可以使得身体向任意方向前进。章鱼游动时体现了什么物理原理？
新课引入
1、反冲运动
(1).定义：当一个物体向某一方向射出(或抛出)它的一部分时，这个物体的剩余部分向相反方向运动的现象．
(2).特点：
①物体间相互作用突然发生，时间短，作用强。
②系统所受外力一般不为零，但远远小于内力。
新课讲授
(3). 原 理：
遵循动量守恒定律
P' = P 即 m1v1 + m2v2 = 0 故有：
负号就表示作用后的两部分运动方向相反
学习任务一：反冲现象
学习任务一：反冲现象
反冲运动实例：
思考：两个小孩在光滑冰面上，你准备怎样离开冰面？
学习任务一：反冲现象
做一做：
新课讲授
学习任务一：反冲现象
做一做：
（1）应用：乌贼游泳；喷灌；喷气式飞机；火箭等
（2）防止：枪射击时枪身向后反冲等
学习任务一：反冲现象
反冲运动的应用和防止
二、光的折射
学习任务二：火箭
古代火箭：我国早在宋代就发明了火箭，在箭支上扎个火药筒，火药筒的前端是封闭的，火药点燃后生成的燃气以很大的速度向后喷出，火箭由于反冲而向前运动。
喷气式飞机和火箭:飞行应用了反冲的原理，它们都靠喷出气流的反冲作用而获得巨大的速度。现代的喷气式飞机，靠连续不断地向后喷出气体，飞行速度能够超过1000m/s。
质量为m的人在远离任何星体的太空中，与他旁边的飞船相对静止。由于没有力的作用，他与飞船总保持相对静止的状态。这个人手中拿着一个质量为Δm的小物体。现在他以相对飞船为u的速度把小物体抛出。
1.小物体的动量改变量是多少？
2.人的动量的改变量是多少？
3.人的速度改变量是多少？
人和他抛出的小物体是一个系统以飞船为参考系抛出过程系统动量守恒以速度u的方向为正方向
Δ p物= Δmu -0 = Δmu
u
Δm
v
m
Δmu+ Δ p人=0
Δ p人= mΔv = -Δmu
分析
Δ p人= -Δmu
“思考与讨论”
学习任务二：火箭
设火箭飞行时在极短的时间 t内喷射燃气的质量是 m，喷出的燃气相对喷气前火箭的速度是u，喷出燃气后火箭的质量是m。我们就可以计算火箭在这样一次喷气后增加的速度 v。
问题：火箭增加的速度 v与什么有关？
①燃气的速度u，一般在2000m/s~5000m/s之间
②喷出物质的质量与火箭本身质量之比，燃料最多占火箭总重的90%，否则火箭的强度会出现问题
现代火箭工作原理：
学习任务二：火箭
新课讲授
模拟火箭发射
学习任务二：火箭
M-m
V0
正方向
V=？
m
火箭发射前的总质量为M，燃料全部燃烧完后的质量为m，火箭燃气的对地喷射速度为V0，燃料燃尽后火箭的速度V为多大？
【解析】在火箭发射过程中，内力远大于外力，所以动量守恒。
设火箭的速度方向为正方向，
由动量守恒得：
0= mV -（M-m)V0
例题1
喷气速度
质量比
火箭起飞前的质量
燃料燃尽后的火箭壳质量
质量比：火箭开始飞行时的质量与燃料燃尽时的质量之比。
例题
例题2
如图，长为L 质量为M的船停在静水中，一个质量为m的人（可视为质点）开始从船头走向船尾，不计水的阻力，求：船和人相对地面的位移各是多少？
①人动船动，人停船停，人快船快，人慢船慢，人左船右；
②速度比等于质量的反比，位移比等于质量的反比；
解析：由动量守恒定律可知
由几何关系可知
即
1、“人船模型”是动量守恒定律的拓展应用，它把速度和质量的关系推广到质量和位移的关系。即：
m1v1=m2v2 则：m1s1= m2s2
2、此结论与人在船上行走的速度大小无关。不论是匀速行走还是变速行走，甚至往返行走，只要人最终到达船的左端，那么结论都是相同的。
3、人船模型的适用条件是：两个物体组成的系统动量守恒，系统的合动量为零。
例题2
深入思考
现代火箭是指一种靠喷射高温高压燃气获得反作用力向前推进的飞行器，是实现卫星上天和航天飞行的运载工具，故又称运载火箭。
现代火箭发动机的喷气速度通常在2000～5000m/s，近期内难以大幅度提高。因此，若要提高火箭的速度，需要在减轻火箭本身质量上下功夫。火箭起飞时的质量与火箭除燃料外的箭体质量之比叫作火箭的质量比。这个参数一般小于10，否则火箭结构的强度就有问题。但是，这样的火箭还是达不到发射人造地球卫星的7.9km/s的速度。
为了解决这个问题，科学家提出了多级火箭的概念。把火箭一级一级地接在一起，第一级燃料用完之后就把箭体抛弃，减轻负担，然后第二级开始工作，这样一级一级地连起来，理论上火箭的速度可以提得很高。但是实际应用中一般不会超过四级，因为级数太多时，连接机构和控制机构的质量会增加很多，工作的可靠性也会降低。
科学漫步
三级运载火箭
我国自1956年建立了专门的航天研究机构到现在，火箭技术有了长足的发展。截至2017年底，已经完成近300次各种卫星的发射任务，成功地实现了载人航天飞行，并在国际航天市场占有一席之地。我国的火箭技术已经跨入了世界先进行列。
运载火箭一般采用液体推进剂，第一、二级多用液氧、煤油或四氧化二氮。末级用液氧、液氢高能推进，称为低温液体火箭，技术比较复杂，目前只有美国、俄斯、法国、中国和日本等少数几个国家掌握低温液体火箭技术.
目前拥有运载火箭的国家有俄罗斯、美国、法国、英国、中国、日本、印度和以色列。当今世界上最大的运载火箭是俄罗斯的“能源”号，它长60米，底部最大直径20米，重3000多吨，能将120吨的有效载荷送入近地轨道。迄今为止运载火箭均为一次使用的，成本高。一次发射，少的几千万美元，多的上亿美元。不能重复使用，资源浪费大。
科学漫步
二、光的折射
当谈达标训练
某实验小组发射自制水火箭，火箭外壳重2kg，发射瞬间将壳内质量为4kg的水相对地面以10m/s的速度瞬间喷出，已知重力加速度g=10m/s2，空气阻力忽略不计，火箭能够上升的最大高度为多少？
解：由动量守恒：
解得：
火箭上升的高度为：
mv1=Mv2
v2=20m/s
h=v22/2g=20m
二、光的折射
当谈达标训练
一质量为M的航天器正以速度v0在太空中飞行，某一时刻航天器接到加速的指令后，发动机瞬间向后喷出一定质量的气体，气体喷出时速度大小为v1，加速后航天器的速度大小为v2，则喷出气体的质量m为多少？
解：规定航天器的速度方向为正方向，发动机喷气过程中系统动量守恒，故由动量守恒定律可得：
解得：
Mv0=(M－m)v2－mv1
二、光的折射
当谈达标训练
载人的气球原来静止在离地面高为 h 的空中，气球质量为 M，质量为 m 的人要沿气球上的绳梯安全着地，如图所示，则绳梯长度至少为多长？
解：以人和气球为系统，在人沿绳梯着地的过程中动量守恒，有：
mh = Ms（s 为气球上升的位移）
解得：
所以绳梯的总长度为：
二、光的折射
当谈达标训练
一个士兵坐在皮划艇上,他连同装备和皮划艇的总质量共120kg,这个士兵用自动步枪在2s时间内沿水平方向连续射出10发子弹,每发子弹的质量是10g，子弹离开枪口时相对地面的速度是800m/s.射击前皮划艇是静止的.
（1）连续射击后皮划艇的速度是多大
（2）连续射击时枪所受到的平均反冲作用是多大
解：（1）设子弹的速度方向为正方向，
10mv1+（M﹣10m）v2=0
v2=-0.67m/s，负号表示：方向与子弹速度方向相反；
（2）对皮划艇（包括枪与剩余子弹）：
Ft=（M-10m）v2-0
F=40.2N；
二、光的折射
当谈达标训练
火箭喷气发动机每次喷出m=200g的气体，喷出的气体相对地面的速度为v=1000m/s，设火箭初始质量M=300kg，发动机每秒喷气20次，在不考虑地球引力及空气阻力的情况下，火箭发动机1s末的速度是多大？
也可以把20次气体当作一次性喷出来处理。

展开更多......

收起↑